一种基于右心室血液温度的心脏起搏频率自适应系统技术方案

本发明专利技术一种基于右心室血液温度的心脏起搏频率自适应系统，按照下述循环重复执行，对温度传感器检测的右心室血液温度信号进行响应，控制起搏器在静息态、阶跃响应态以及运动态之间转换；起搏器以固定间期采集测量右心室血液温度，依据右心室血液温度采样周期采集右心室血液温度信号，并计算右心室血液温度变化速率；查询起搏器当前控制状态，按照当前控制状态为静息态、阶跃响应态和运动态，分别对右心室血液温度信号做对应处理；在对右心室血液温度缓慢变化响应时，以与右心室血液温度变化幅度成正比的期望起搏频率调整量调整起搏频率，因此在右心室血液温度因节律和情绪变化等出现波动时，能够适应性地调整起搏频率。

Heart pacing frequency adaptive method based on right ventricular blood temperature

The invention relates to a method of right ventricular pacing frequency adaptive blood temperature based on the following repeat steps in response to the temperature of the blood signal of right ventricle, control the resting state, the step response of switching state and movement state of three kinds of control state; step 1, according to the temperature of the blood sampling period right ventricular acquisition of right ventricle the blood temperature signal, and calculate the right ventricular blood temperature change rate; step 2, query the current state of the pacemaker, if the current state is a resting state, then go to step 3; if the step response state, turn into 4 steps; if it is dynamic, then go to step 5; step 3, pacemaker current control the state is a resting state, do the corresponding treatment on the blood temperature signal of right ventricle; step 4, the pacemaker current control state for the step response state, right ventricular blood temperature signal The corresponding treatment of right ventricular blood temperature signal is made in step 5 when the pacemaker current control state is in motion state.

【技术实现步骤摘要】
一种基于右心室血液温度的心脏起搏频率自适应方法
本专利技术属于生物医学工程领域，涉及心脏起搏器起博频率自适应调节方法，具体为一种基于右心室血液温度的心脏起搏频率自适应方法。
技术介绍
理想的具有起博频率自适应功能的心脏起搏器针对使用者不同强度的运动以及其他代谢需要如焦虑、精神压力和发烧等时应尽可能自然地模仿正常心脏窦房结的功能，为机体提供及时、适量的血液供应。从而调节使用者的心输出量和对运动的耐受性，明显改善生存质量。与感知其它参数的起博频率自适应系统相比，感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统由温度传感器检测全身各处静脉回流血液的混合温度，通过右心室血液温度反映与全身新陈代谢紧密相关的热量产生信息，据此对心脏起搏频率做出相应的调整，从而达到调节心输出量的目的。然而在以往的实际应用中，感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统必须使用带有专门设计温度传感器的电极，而无法使用标准电极导线，这极大地限制了感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统的临床应用范围，导致目前市场上几无可用的感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统。近年来，随着无导线起搏器的出现，感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统可以将温度传感器置于无导线起搏器内部而不再需要使用带有额外设计温度传感器的电极系统，不仅降低了系统的复杂度和成本，而且也增加了系统的可靠性。在上述因素的共同影响下，感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统未来可能在临床上得到较为广泛的应用。决定感知右心室血液温度的起搏频率自适应系统性能的主要因素是感知右心室血液温度的起搏频率自适应算法。历史上，WilliamA.Cook等人于1985年提出了Kelvin500系列起搏频率自适应算法，该方法设置了四个右心室血液温度变化速率阈值，即运动频率切换最大阈值HX、运动频率切换最小阈值HN、静息频率切换最大阈值LX以及静息频率切换最小阈值LN。以右心室血液温度的变化速率与上述阈值的相对大小决定起搏频率在静息频率HR，中间频率Hinc和运动频率HE之间相互切换。同时，该算法还设置了运动初期典型的右心室血液温度下降的检测与响应机制，一旦检测到运动初期因温度较低的环境和血管的突然舒张造成大量流经外周的血液回流右心室所引起的温度降低，算法不仅不降低起搏频率，反而以阶跃的方式迅速提高起搏频率，以满足机体对血液的迅速需求。然而该算法的起搏频率仅限于静息频率，中间频率和运动频率三个值，且不同起搏频率之间的转换并不平滑，与生理状况下的窦房结反应并不相同，特别是在停止运动后的恢复期，右心室血液温度的正常降低可能被误认为是运动初期的血液温度下降，造成算法继续提高起搏频率，从而延缓了起搏频率和右心室血液温度的正常恢复。同时受算法自身结构的限制，Kelvin500算法不能对昼夜节律等因素引起的右心室血液温度的缓慢变化产生响应。美国专利4,688,573公开了NovaMR系列起搏频率自适应算法。该算法中起搏频率由静息曲线和一系列的运动曲线控制。静息曲线K2描述了正常个体在非运动状态下的起搏频率-右心室血液温度的关系。在静息曲线上叠加了一组相互平行的运动曲线K1，不同运动曲线的斜率相同且显著高于静息曲线K2的斜率，运动曲线控制了运动状态下的起搏器频率。在使用者处于非运动状态时，起搏频率的调整由静息曲线K2控制，一旦右心室血液温度随时间的变化率达到或超过设定的斜率阈值，起搏频率的控制转向起始于静息曲线K2上该时刻的绝对温度对应工作点的运动曲线K1。在运动过程中，持续检测右心室血液温度随时间的变化率，如果低于设定斜率阈值，且由运动曲线控制时长超过一定周期，则起搏频率的控制将逐渐转向静息曲线K2。该算法由于非运动状态下的起搏频率由静息曲线控制，可以对节律等因素引起的右心室血液温度的缓慢变化做出响应。但在运动初期右心室血液温度下降达到设定阈值之前，起搏频率仍会出现短暂下降，同时，控制由静息曲线转向相应运动曲线的过程也不是平滑的。这两点是与生理状况下的窦房结反应不同的。加拿大专利1,312,923公开了IntermedicsCircadia系列起搏频率自适应算法。该算法中，起搏频率由四项起搏频率分量组成，分别为基础起搏频率分量，自然响应分量，动态响应分量和阶跃响应分量。其中基础起搏频率分量为预设的使用者在静息状态下的起搏频率，典型值为70bpm；自然响应分量近似描述了正常工作的心脏对由机体节律，发烧等因素造成的缓慢温度变化的响应；运动响应分量描述了由运动等引起的右心室血液温度快速变化的响应；阶跃响应分量描述了当检测到运动初期由于大量外周血液回流导致的右心室血液温度下降时提供的快速的起搏频率阶跃增量。该算法能对节律等因素引起的右心室血液温度缓慢变化响应。然而与NovaMR算法类似，该算法在运动初期右心室血液温度下降时起搏频率也可能出现不期望的降低。美国专利5,005,574公开了Kelvin510系列起搏频率自适应算法。该算法中，目标频率由五项起搏频率响应分量组成，分别为基础频率分量LR，与自然原因如节律、发烧等引起的右心室血液变化相关的响应分量DIU，与右心室血液温度变化率绝对值相关的响应分量DT，与运动引起的右心室血液温度下降幅度相关的响应分量STX，和运动中右心室血液温度相对于局部极小值的增量相关的响应分量TXB。该算法在运动初期不会由于右心室血液温度的短暂下降导致起搏频率的下降，但与Kelvin500系列类似，在运动后的恢复期，右心室血液温度的正常降低可能被误认为是运动初期的血液温度下降，造成算法继续提高起搏频率，从而延缓了起搏频率和右心室血液温度的正常恢复。综上所述，现有感知右心室血液温度的频率自适应方法与理想的起博频率自适应方法之间仍然存在差距，主要表现在不能响应静息态时由节律等引入的右心室血液温度节律等缓慢变化、运动初期温度下降、运动后恢复期血液温度下降等温度变化的正确解释与响应，以及起搏频率间的切换过渡不符合正常心脏窦房结的响应等方面。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于右心室血液温度的心脏起搏频率自适应方法，通过计算右心室血液温度的变化斜率等特征来判断运动负荷强度，且设置运动初期起搏频率的调整速率、运动平台期起搏频率以及运动后起搏频率的恢复速率均与运动负荷直接相关，通过算法控制起搏器在静息态、阶跃响应态以及运动态之间转换以实现近似理想的起搏频率自适应方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，按照下述循环重复执行的步骤，对右心室血液温度信号进行响应，控制静息态、阶跃响应态以及运动态三种控制状态的切换；步骤1，依据右心室血液温度采样周期采集右心室血液温度信号，并计算右心室血液温度变化速率；步骤2，查询起搏器当前控制状态，若当前控制状态为静息态，则转入步骤3处理；若当前控制状态为阶跃响应态，则转入步骤4处理；若当前控制状态为运动态，则转入步骤5处理；步骤3，起搏器当前控制状态为静息态时，对右心室血液温度信号做如下处理；若检测右心室血液温度下降，将下降速率与阶跃响应触发条件中的各阈值进行对比；不满足阶跃响应触发条件，则起搏器维持在静息态，满足则触发阶跃响应；若检测到右心室血液温度上升，将上升速率与运动起始判定右心室血液温度上升速率阈值进行对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，按照下述循环重复执行的步骤，对右心室血液温度信号进行响应，控制静息态、阶跃响应态以及运动态三种控制状态的切换；步骤1，依据右心室血液温度采样周期采集右心室血液温度信号，并计算右心室血液温度变化速率；步骤2，查询起搏器当前控制状态，若当前控制状态为静息态，则转入步骤3处理；若当前控制状态为阶跃响应态，则转入步骤4处理；若当前控制状态为运动态，则转入步骤5处理；步骤3，起搏器当前控制状态为静息态时，对右心室血液温度信号做如下处理；若检测右心室血液温度下降，将下降速率与阶跃响应触发条件中的各阈值进行对比；不满足阶跃响应触发条件，则起搏器维持在静息态，满足则触发阶跃响应；若检测到右心室血液温度上升，将上升速率与运动起始判定右心室血液温度上升速率阈值进行对比；不大于则维持静息态，大于则将起搏器当前控制状态设置为运动态；步骤4，起搏器当前控制状态为阶跃响应态时，对右心室血液温度信号做如下处理；通过对预设的阶跃响应最大维持期右心室血液温度的状态和趋势，与运动起始判定右心室血液温度上升速率阈值进行对比判断，则将起搏器当前控制状态设置为静息态或保持为阶跃响应态或设置为运动态；步骤5，起搏器当前控制状态为运动态时，对右心室血液温度信号做如下处理；判断右心室血液温度快速下降标识位取值，并检测右心室血液温度状态，对运动态频率进行维持或调整或切换到静息态。...

【技术特征摘要】
1.一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，按照下述循环重复执行的步骤，对右心室血液温度信号进行响应，控制静息态、阶跃响应态以及运动态三种控制状态的切换；步骤1，依据右心室血液温度采样周期采集右心室血液温度信号，并计算右心室血液温度变化速率；步骤2，查询起搏器当前控制状态，若当前控制状态为静息态，则转入步骤3处理；若当前控制状态为阶跃响应态，则转入步骤4处理；若当前控制状态为运动态，则转入步骤5处理；步骤3，起搏器当前控制状态为静息态时，对右心室血液温度信号做如下处理；若检测右心室血液温度下降，将下降速率与阶跃响应触发条件中的各阈值进行对比；不满足阶跃响应触发条件，则起搏器维持在静息态，满足则触发阶跃响应；若检测到右心室血液温度上升，将上升速率与运动起始判定右心室血液温度上升速率阈值进行对比；不大于则维持静息态，大于则将起搏器当前控制状态设置为运动态；步骤4，起搏器当前控制状态为阶跃响应态时，对右心室血液温度信号做如下处理；通过对预设的阶跃响应最大维持期右心室血液温度的状态和趋势，与运动起始判定右心室血液温度上升速率阈值进行对比判断，则将起搏器当前控制状态设置为静息态或保持为阶跃响应态或设置为运动态；步骤5，起搏器当前控制状态为运动态时，对右心室血液温度信号做如下处理；判断右心室血液温度快速下降标识位取值，并检测右心室血液温度状态，对运动态频率进行维持或调整或切换到静息态。2.如权利要求1所述的一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，所述步骤1中，起搏器以固定间期采集测量右心室血液温度，并使用采集到的右心室血液温度值更新右心室血液温度缓存数组，以该数组中元素计算右心室血液温度变化速率，其单位为℃/秒。3.如权利要求2所述的一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，更新长度为6的右心室血液温度缓存数组时；丢弃该数组中最早的右心室血液温度测量值，并将其余元素顺次向上移动，将最新测量值存入右心室血液温度缓存数组的首位。4.如权利要求2所述的一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，右心室血液温度变化速率的计算方式如公式(1)所示；TCS＝[TB(6)+TB(5)+TB(4)-TB(3)-TB(2)-TB(1)]/(P*3)(1)上式中TCS为以℃/秒为单位的右心室血液温度变化速率；TB为右心室血液温度缓存数组，数组长度为6；P为右心室血液温度采样周期。5.如权利要求1所述的一种基于右心室血液温度的心脏起搏器起搏频率自适应方法，其特征在于，步骤3的处理条件及处理动作具体如下所述，3.1若检测到右心室血液温度正在下降，且下降速率大于或等于触发阶跃响应右心室血液温度下降速率阈值，同时分别检测右心室血液温度下降幅度是否大于或等于触发阶跃响应右心室血液温度下降幅度阈值，与该点之前静息态的持续期是否大于或等于触发阶跃响应静息态持续阈值；若上述的阶跃响应触发的条件有一个未达到，则起搏器当前控制状态继续维持在静息态；若上述的阶跃响应触发条件均达到，则满足上述阶跃响应触发条件，则触发阶跃响应，设置起搏器当前控制状态为阶跃响应态，同时在期望起搏频率中加入阶跃响应增量，清零静息态计时变量，并将阶跃响应触发标识变量置1；3.2若检测到右心室血液温度下降，且下降速率小于触发阶跃响应右心室血液温度下降速率阈值，则起搏器当前控制状态维持在静息态，仅对起搏频率作出调整；将右心室血液温度下降速率存入右心室血液温度下降速率数组中，直至该数组中元素个数达到设定值时调整起搏频率，此时，期望起搏频率的计算如公式(2)所示，R＝R-RD×(DS(1)+...+DS(MDSC))×P(2)其中，R代表频率自适应算法依据当前右心室血液温度确定的期望起搏频率；RD为对应于每摄氏度右心室血液温度下降的期望起搏频率调整量；DS表示右心室血液温度下降速率数组，MDSC为预设的该数组中存放元素最大个数；P为右心室血液温度采样周期；以得到的期望起搏频率更新和调整当前起搏频率并清空右心室血液温度下降速率数组；此后每得到一个满足上述条件的右心室血液温度变化速率即使用的公式(3)计算期望起搏频率：R＝R-RD×Abs(TCS)×P(3)以由公式(3)得到的期望起搏更新和调整当前起搏频率，公式(3)中TCS表示右心室血液温度变化速率，其单位为℃/秒；同时通过静息态右心室血液温度峰值重置周期计时变量检查判断是否到达静息态右...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，姚锐杰，李津，金华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61